孙立林:从比特币到计算主义:一切皆可计算 | 区块链十年

第一部分:从比特币到区块链

2013年夏天,我还在银联负责管理一家子公司业务,当时比特币中国BTCC的李启元Bobby找到我想接入银联支付通道来为交易所充值,这是我第一次认真了解比特币的基本逻辑。出于合规性考虑,当时没有受理比特币中国作为商户,而是推荐给了其他支付机构。没想到当年人民银行发文之后,开始严查该类交易,从当时的角度来看算是躲过了一次合规性危机。

从此开始进入比特币世界,由于长期从事支付清算业务的战略与创新产品工作,正是两个平行世界理念冲撞至为激烈的焦点,实际上此后反复揣摩细想了小半年。期间以玩票心态跟着大学同学一起挖矿,也在上海开始更多的参加比特币社区的各种活动,那时候我算是圈内少有甚至也许唯一一个金融基础设施机构背景的参与者。其间第一次在上海见到Vitalik,一起吃饭听他说起当时还是新生事物的以太坊。各路人等高谈阔论,我则只是认真旁听。恰逢Ripple春风得意,仔细看过后还在银联高层领导群里大力推荐研究,无一人理会。向其他金融机构同业聊起比特币,也普遍是一笑而过。

2014年离开银联走上独自创业之路,第一个想法是做一个数字货币的全球转接清算网络,但当时市场低迷,未能得以实现。在北京的一次大规模聚会之后,我逐步开始在社区中完全潜水,此时挖矿也逐渐陷入极深的低谷,一时间如梦幻泡影。

直到2015年夏天,沈波老师联系我说有没有兴趣认识肖风总,某天下午拜会肖总一起聊到了区块链技术在金融领域的应用以及筹备中的第一届万向区块链峰会,没想到肖总从2014年比特币最为萧条的阶段开始在国内大力推进区块链技术的应用普及,这之后肖总邀请我参加了当年十月份的首届会议,还临时被安排做了银行与支付专场的主持人,偶遇人民银行老领导和其他金融同业都以或激进或审视的姿态参与其中。这次会议可以被认为是中国区块链发展史上社区重新集结和点燃热情的标志性事件和里程碑。

自此之后开始全身心的投入到区块链技术的推广与研发,其间也多有曲折。2015年12月底的某天与肖总微信讨论了几个小时,结论是必须下狠手投入区块链基础设施的研发,而不是泛泛的做应用,不如此则长期核心竞争能力亦不可得。经过我们团队反复讨论后认定密码学的理论突破和实践将会是区块链技术发展的核心,于是2016年初我报名参加中国密码学会,在半年多的时间里密集参加各类密码会议与培训,拉清单式的拜访国内知名的密码学专业研究机构与高校。

不同于其他技术领域,密码学的探索如果没有坚实的数学与计算复杂性理论基础,其实犹如听天书,好在我们一直坚持下来,最终发现以MPC为代表的系列算法是真正解决数据流动性问题的核心能力,会将整个区块链世界从数据交换延伸到协同计算领域。我们几乎是直觉般的将之定义为核心战略,自此开始一路艰辛的探索隐私计算的各个角落。

这期间我们的公司名称从钜真演变为矩阵元,冥冥中倒也暗合了人类认知进化的基本规律。

“作始也简,将毕也钜”。

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第二部分: 对区块链的认知历程

一、区块链的基础设施禀赋

全人类已经逐步沉浸至全数字化时代,人类社会的各项社会化行为都将以数据为载体来建立联系,大规模社会化协同日益展开为数据交换与数据共享,如同物理时代为了记录行为及自然现象产生的记账行为诞生文字符号、交流沟通产生语言、交换贸易产生货币一样,全数字化时代必然也会诞生全新的工具和基础设施来记录和展现人类的行为。以区块链为代表的大规模分布式协作系统正是这个世代最为重要的基础设施。

当然,目前数字时代仍然处于探索早期,对于数字时代的基础协议(语言文字)、共识(记账模式)、交换载体以及记账工具(数字货币)产生了不同的阐释、解读与实践。经过无数次的尝试之后,一定会进化出适配下一阶段数字化进程的公共基础设施。无论成败,这也将是人类探索全数字化世代的有益探索。

从金融基础设施的视角来观察,比特币的初始设计就给出了一条与传统支付清算和货币体系不一样的道路,其将支付、清算、结算一体化,从第一性原则出发解决了在线支付的差错与交易抵赖问题,这是个异常有趣的理念分界线。相应需要付出的代价是系统效率远远落后传统的中心化系统,我们的探索之路也是从这里开始的。

二、超级清算方的出现

1、传统数据交换体制的挑战

人类社会一直以金字塔式的树状结构来施行治理、传递信任、发行信用。当参与计算的节点数量不足够多时,传统的中心化结构表现优异。但随着未来作为智能终端节点存在的实体数量逼近万亿级,传统模式将无法完美的满足需求。

这一基本事实也将逐步解构、瓦解传统中心化结构对于算力和数据的垄断,直至新的基础设施尘埃落定。

以传统金融基础设施之中最具普适性意义的支付清算体系来举例,传统金融世界中的卡组织模式收取的交换费是基于四方模式、双边市场来进行定价,这其实是数字化世界真正到来之前比较简陋的模型,但也已经发挥了巨大的作用,极大的促进了消费,基于中心化模式下构建的信任体制实现了基础的报文转发+数据交换,同时支撑了信用数据的充分流动。

其简陋之处在于参与节点数量仍然过少,前大数据时代尚未产生足够的海量数据用于分发和交换,因此无需考虑过于复杂的交换网络。换句话说,“涌现”尚未来临,生物多样性没有得到体现。

而全网分布式条件下由于参与交换的节点数量呈现爆发式增长,会导致传统的中心化交换、四方或者多方参与分润的模式嬗变为分布式交换、全网分润计费模型。未来完全可以通过为各个参与方提供不同强度的隐私保护,来推动信用发行的Tokenization。其价值点在于极大的降低流动性的摩擦阻力,包括交换费及单个节点维护与多家中心化机构IT基础设施的成本。

从这个角度出发,单一货币体系+强中心化交换模式虽然在一定历史时期极大的降低了社会总体成本,提升了流动性,但随着节点增多、需求更加定制化,反而会导致流动性成本提升。因为流动性存在“不对等属性”,如同生态环境当中,不同物种处于生态链的不同环节,物种的域、界、门、纲、目、科、属、种是天然的食物链,不同层次的“数据”也会出现流动性不对等问题,从而出现一部分节点单向输出流动性,导致不平等的产生,强制的中心化模式导致了另外一种不公平,因此需要允许对等节点之间的直接流动。这些都是传统中心化架构无法也不愿意做到的。

2、 基础设施的进化之路

在传统基础设施条件下,每个垂直领域的应用都不得不依赖于强中心化节点的治理架构,彼此之间进行数据交换。

但数据交换只是数据流动的范式之一,随着数据流动性日益增强,更加迫切的需求是在确保数据隐私的条件下,各方进行数据共享为目的的协同计算。这就给出了数据流动性的第二个范式,这一范式的潜力是远远超越了原有简单粗鄙的数据交换体系。

原因在于数据价值并不来源于原始数据本身,而是通过计算过程之后的结果。数据价值与数据样本的大小等要素并不完全正相关,也就是说单纯的数据、算力、算法都无法对数据给出定价,唯一可以给出定价基准的是“计算”,计算作为对于数据的处理过程将会最终的反映出市场对于数据本身的价值体现。这也是数据真正可以作为交易品种资产化的系统支撑。

下一代的基础设施将可以完备的面向多源异构数据提供分布式的数据交换与协同计算服务,提供完备的数据流动性,不仅不用复制或者存储其他节点的数据资源,甚至也无法看到数据真面貌,更重要的是这一基础设施是无视于垂直业务领域的通用平台,这就是未来的“超级清算方”。在其中区块链技术将会发挥重要作用。

具备超级清算方能力的基础设施需要将各种计算资源和应用服务化,形成跨地域、跨服务、跨账户、跨主体、跨行业的公共基础设施。在这一条件下,不再需要重复建设各个行业、各个业务的垂直数据交换体系,而是将全网资源和应用都视为可连接、可计费、可运营的服务,基础设施在这个意义上实现与业务和资源的解耦,可以灵活的支持更多上层应用,同时支撑大规模协同与并发的需求。

但今天的区块链技术仍然不足以支撑具备以上能力的基础设施,今天全球区块链的竞争日益收敛到底层技术的全面竞争乃至军备竞赛。在这个历史阶段的主旋律是从技术角度解决核心问题,停留在泛泛的应用层面都将会是隔靴搔痒。

3、区块链技术面临的挑战

区块链技术的第一个挑战来源于整体性能和效率,大规模分布式系统的设计、实现、测试、运营都是非常难以驾驭的挑战,而区块链这一设计从原初就做了取舍,在当前技术条件下很难达到原有中心化体系、又或者传统分布式架构具备的性能。

第二个挑战来自于今天的智能合约体系远不够“智能”。当下以以太坊为代表的智能合约也可被认为是一种Serverless架构,智能合约在虚拟机(VM)中执行计算,但目前智能合约实际只有单线程运行性能,增加计算资源实际上并不能提高智能合约执行性能。业界也都在探讨分片、状态通道、多链架构等性能扩展方案,但尚未出现成熟应用。换言之,今天的智能合约体系是无法真正表达和支撑企业级服务的,过于复杂的合约将会导致系统性能极其低下。

第三个挑战源于数据隐私,无论来源于数据隐私的合规性角度,还是数据拥有方对于数据资产的重视程度,企业或者机构都无法接受数据公开透明的被访问,只有采取相应的隐私保护策略之后,数据价值才有可能被真正释放出来。

对以上三个问题的定义、构造和解决构成了下一代区块链技术的发展方向与命题。我们过去的五年从区块链底层开始起步,一开始也是乱花渐欲迷人眼,感觉可以解决且有价值的问题很多,但经过大量的实践,最终选择从第一性原则出发,逐步将注意力收敛到了可扩展性与隐私保护两个核心问题。

到此,我们突然意识到一切的探索都可以归结于“计算复杂度”和“通讯复杂度”,尤其是计算复杂度带给算法和架构、工程实践的挑战是前所未有的。我们在理念的力量驱动下出发,细细想来,又回归到了进化最初的原点: 计算

回顾整个IT、互联网乃至人类认知的发展历程,几乎就是一部计算的进化历史。从这个角度出发再来看许多对于区块链价值和趋势的质疑,实在是不值一哂。

请君入瓮,不得不来 。从不屑一顾,到甘之如饴。过去的二十年中,PC、智能手机带来的网瘾族、低头族的出现已经无情的证明了这一点。放眼未来的人类,不管计算的工具和方法如何进化,我们都将是计算的主宰,只是我们也在不知不觉中被异化为计算的目标。

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第三部分: 计算主义与Trustless Computing

一、存在为复杂网络的区块链生态

我们身处于一个由复杂性构筑的时代。

人与人、人与物、物与物之间的关系,“涌现”般的从单向性、单线性的关系进化到多维度的复杂拓扑结构。

从当下开始,直到可见的未来,数以百亿乃至万亿计的智能节点逐步加入并组成全球计算网络。“节点”们不同程度上掌握了充分甚至冗余的算力与存储,期待着与世界的链接与共识。

节点之间正在产生难以计量的多维度的链接,多层次的定义了万事万物的价值、“链接”产生了意义,决定了某一“节点”的特定状态对其他“节点”的影响或改变,产生了新的度量衡。

这一切正在并将逐步建构真正意义上的复杂网络,呈现为高度自组织的分布式体系。这一基本事实亦将逐步解构乃至瓦解传统计算架构对于治理结构、算法、算力与数据的垄断,直至新一代的全数字化基础设施横空出世。

结构决定功能 。目前几乎所有的区块链技术体系都仍局限于节点之间的“信任”与性能问题。但如果继续沿袭这样的思路,我们将仍然无法摆脱今天这个离散、孤立、无隐私保护的互联网架构,我们也将仍然无法处理各类复杂问题。

将复杂性还原为根本问题之后,全数字化世界的公共基础设施可以展开为:数据的流动性、多源异构网络的自组织与可装配的隐私保护。要实现充分的数据交换与协同计算,这一切都源于无所不在的计算。也只有依赖这一不断进化的基础设施,我们才可以真正展望人工智能可计算的未来。

自莱布尼茨始,计算日益成为科学与哲学的基础方法论,并已经在从原子世界到比特世界中呈现出统一的威力。计算是对数据和信息的处理过程、计算是宇宙与生命存在和进化的基本方式、计算是人类认知和行为的基础范式。

从这一视角出发,区块链的未来既依赖于经济模型与激励机制,但又极大程度的超越于此。可以让我们将目光投向更为重要的领域,认真的思考未来的互联网和数字时代,我们应该如何构造与生存。

二、计算主义与区块链

1、计算主义的历史地位

莱布尼茨在《论万物的终极起源》中描述道:“世界不仅是一台最值得称道的机器,而且就其心灵组成而言,它也是一个最好的共和国。”

回顾计算一路走来的过程,可以发现从“史前”数学到古希腊数学,数学起源于计算,人类对世界的认知与改造也起源于计算过程,无论是测量、水利、狩猎、气象等各项基本生存要素都要从基础的计算方法和过程展开和实现。

进一步,从计算转变到推理被视为“数学”的开端,然而计算在数学大厦中却没有立锥之地。

莱布尼茨梦想有一套普遍的演算规则,能完全实现人类的理性的逻辑推理,并且制造出完成这些演算的机器,从而使心灵从创造性思维中解脱出来。莱布尼茨的伟大在于前瞻性地尝试探究计算的本质,虽然没有给出答案,甚至于今天给出的答案也与莱布尼茨期望相左。但是某种程度上说,300年后的今天,人类依然在延续着莱布尼茨的梦想。

在此之后,布尔、弗雷格、罗素、希尔伯特、哥德尔直到图灵,一代代的思想者推动人类认知的模式从逻辑推理向计算转变。图灵机完整地定义算法之后,我们终于可以知道算法的边界在哪里,哪些问题可计算,哪些问题完全不可计算。可以说,计算进化的过程正是人类认知进步的过程。人类的伟大成果,绝大部分是计算出来的。

2、 重回莱布尼茨之梦

人展开为此在映射出的无数个存在本体,基于万物互联构造出的日益多样性的外部联接,产生了日益丰富的外部认知,构造出多样化的解决方案来改造世界。人的此在只能通过计算、存储与通讯的融合来实现认知的完整过程以及迭代进化。而计算过程是由数据、算法和算力共同构建的。

算法是人类高举理性主义的产物,在知识层面,可以将所有算法理解为都是以人为主语,以输入的数据为宾语。算法的目的是改变宾语的状态,并且需要有限时间内、有限资源条件下可执行,并且输出为确定性结果。这些综合起来构成狭义的算法概念。

而改变数据状态的是“计算”,算法和计算过程是谓语的一体两面,这一认知与执行过程的知行合一才构成了我们的世界。

从比特币开始的区块链革命正是一个标准的“计算主义”的伟大实践,以一个高度抽象的信任问题来凝聚人类共识,而将具体的应用与服务作为后续路径逐步展开,以激励手段推进社会的大规模协同直至进入真正意义上的全数字化时代。虽然今天我们的科学技术实践都仍未超出图灵与香农定理的范畴、虽然今天的区块链领域中鱼龙混杂甚至令人失望,但从比特币开始给出的清算交收一体化思路、随后产生的激励效应、基于“信任”驱动的共识机制将人类对于未来数字化世界的认知打开了一扇大门。正是在这个意义上,我们提出了Trustless Computing,中文勉强可以翻译为“无需信任的计算”。

在一个充分展开为复杂性网络的世代中,任一单一中心化节点都无法从技术乃至治理层面承载更加复杂的大规模计算任务和数据流动,人类需要逐步转变成依靠无需人类干预的计算网络来代替传统工具,真正意义上实现人类的解放。至于作为个体的人类,是否会被网络异化为计算的对象和工具,这将同样是无法完全避免的。但我仍然充分的相信,无论这一作为基础设施的计算网络如何演进,黑客帝国中的场景是不会出现的。“万物皆备于我”,“我”就是万物的主语和唯一,一切的工具都将根本性的服从于主语的意志和操纵,这也是生而为人最根本的禀赋与存在方式。

我在与巴比特创始人长铗的讨论过程中,建议他将“计算即权力”演进至“计算即权利”,长铗兄欣然认可。一字之差亦代表了我们对于整个问题的进一步深入思考。计算过程背后凝聚的人类认知与实践过程必然将作为我们生而具有的权利,同时也进一步要求我们承担相应的责任。

三、区块链与密码学

1、区块链为何需要密码学

采用密码学提供更强大的隐私保护,恰恰是为了让数据更加开放。密码学的崛起伴随着整个全数字化世界的演进过程。在每一个复杂网络中,数据的流动性与节点的泛智能化都将隐私问题的极端重要性摆在了机构和个人面前。数据的所有权归属本质上是对数据隐私的保护,这将构成下一代互联网的基础,也是人类数字化生存和技术的“栖居”的基本模式。这一看似矛盾的历史使命毫无疑问将由密码学来承担。

但必须说明的是密码学并不能孤立的解决全部问题,也不是密码算法越多越好。需要跨学科的理论突破、恰当的数据治理结构与大量的工程实践,才能够真正解决数据隐私性与可用性之间的根本“矛盾”,也是唯一能够解决现实场景中看似“不可能”问题的工具。

传统的区块链在技术层面只是用到了最为简单的密码学工具,其本身也并未提供隐私保护的功能。

与之相反,区块链这种新的分布式架构,对于隐私保护的需求远远高于传统架构,这也是为何不断有高级的密码学工具不断叠加于区块链之上以提供隐私保护的根本源动力。合适的密码学工具遇到合适的场景,进而推动了密码学的崛起。

2、区块链社区对于密码学的误读

密码学是一门真正的交叉学科,从数学到计算机科学,再到现在的量子力学甚至到生物学,都显示了密码学的强大的生命力。密码学吸收各个学科的特点,也同时促进各个学科的发展。面对我们所处的高度复杂的网络世界,也必须采用这样一门交叉学科的技术工具才能真正解决问题。

但毋庸置疑的是整个社区和社会对于一些基本概念存在有意无意的误读和混淆,是必须要予以申明和修正的。“密码学”(Cryptography)包含(但不限于)对称密码学和非对称密码学,分别研究对称密钥体系与公私钥体系。研究范畴包括隐私性(Privacy)和完整性(Integrity)。隐私性又称机密性(Confidentiality)保护信息不被攻击者获取。完整性保证数据不被攻击者篡改。隐私性和完整性可以作为同时满足的特性进行研究。

“加密”(Encryption)只是密码学中的一部分,加密必然会对应着解密(Decryption)。加密是利用密钥从明文到密文的过程,解密是利用密钥从密文到明文的过程。Hash只是数字摘要算法(Digital Digest),而并不是加密算法,因为无法(有效的)从Hash的结果中恢复出明文。

今天“Crypto”这一词汇已经进化出许多新的含义,被广泛应用到各个场合,已经成为了新兴经济体的重要代称之一。

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表1 密码货币(Cryptocurrency)中涉及的密码学技术

Cryptocurrency正确的解读是“密码货币”,而非“加密货币”。在原生的比特币系统中只是使用了Hash和数字签名算法,甚至没有使用加密算法。由于Hash和数字签名只是保护数据的完整性或者说不可篡改性,因此原生的区块链技术根本无法提供任何隐私保护。隐私保护只有在叠加后续的零知识证明,安全多方计算,全同态加密等算法之后才可能被真正实现。

与之相对应的Crypto Economics也应该被称为密码经济学,而非以讹传讹的“加密经济学”。密码学的整个体系才是支撑未来经济体系的基础协议与能力,而非“加密”而已。信仰技术改变世界的社区极客,更应该具有理性主义精神,在基本概念上正本溯源,而不是以讹传讹。

四、计算主义与计算的未来

计算主义作为一个抽象的理念,是几乎包括了当代各项新兴技术与学科的,其中根植于作为计算复杂性理论分支的密码学也需要在更高的层面被展开与实践。

在接下来的十到二十年时间里,我们也许将会有幸见证到如下事实:

1、隐私计算

为一切数据的流动性提供完备的价值保护与确权,直接表现为金融意义上的数据评级、估值与定价,这一理念下才有可能真正实现数据交易市场。但在这个可运营的隐私计算网络中,最终用户对采用何种密码学算法是无感知的,Crypto as a Service(CaaS)将会作为公共基础设施的标配提供服务。

2、可验证计算

为一切计算任务的全网分发与执行提供高效的支撑与实现,确保全人类可以共享全球计算资源,这一条件下才有可能真正实现算力交易市场。

在以上两个条件下,都将需要有足够的激励机制,以及相应的度量衡来度量全人类对于全球计算资源和服务的使用,这就是我们眼中的Token,是对全人类各项Transaction(无论被翻译为“事务”还是“交易”都很传神)的基本度量与计费,如同今天的水电煤网络基础设施一样,面向多元化、多维度的Transaction需要有更加符合这个世代需求的工具。比特币是度量这一未来世代人类基本生存方式的原初模型,简单且稳定。这也是作为基础设施的最基本特性。

3、电路计算

电路是计算的一种基本表现形式,电路复杂性是计算复杂性的一个重要分支。任意形式的可计算模型都可由电路表示。电路最早可以追溯到数学家George Boole,布尔电路即是以George Boole命名。电路复杂性最早的研究可以追溯到Shannon。电路因为其基本组成部分的简易性,是在密码学中被广泛使用的计算模型。

电路将会是未来区块链基础架构的基本表现形式和技术路线之一。我们相信全数字化世界将逐步、完整的向以电路为表现形式的公共基础设施转移。

电路是由各种不同的门(Gate)通过输入输出线构成的“复杂有向无环网络” 。由逻辑门(比如:与、或、非、异或等)构成的电路称为布尔电路(Boolean Circuit);由算术门(比如加法、乘法等)构成的电路称为算术电路(Arithmetic Circuit)。

电路是未来整个复杂网络的连接纽带。通过电路的形式垂直连接上层智能合约与底层共识算法,以达到计算可验证、可度量的根本目标。我们致力于通过电路来水平的连接各类算法,以到达计算的隐私性。电路作为安全多方计算、零知识证明、可验证计算、全同态加密共同使用的通用计算模型,以其超强的普适性串联各类算法。

更为重要的是,电路也是未来度量“计算”的基本单位。任何计算都可拆分为电路,电路以有限种类的门构成各类复杂的计算形态,如同生命一般,恰当的“简单”产生了极致的“复杂”。电路正是复杂性的最好诠释和缘起。对计算的度量可直接细化到门的数量和种类。各类计算中不同种类门的资源消耗不同,对各类门消耗的度量进而反映为对整个计算的度量,电路为计算的度量和定价提供了理论基础。

同时与计算相呼应的是,电路与下一代专用计算硬件无缝对接。下一代计算架构中有关计算的表示、算法的实现都将会围绕电路进行展开。计算密集型与通信密集型的算法最终需要专用硬件支持以支撑复杂的应用场景与逻辑。人类未来作为基础设施的计算架构的电路形态及模型将会天然的适合专用硬件的实现,从而实现软硬件的协同进化。

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结语

在未来,一切数据主权在“我”,今天的互联网巨头们将会被解构成为“我”所使用的“工具”。

这意味着,接下来展开的十年不仅需要一个通常意义上的区块链技术体系,“她”本质上是下个时代面向服务的“基础设施运营方”。

她将会是人类进入全数字化时代的“计算工厂”和“服务集市”。她是完备、完整的基于服务的计算架构,从数据的流动性视角提供完备的分布式网络框架、服务框架和生态体系。提供全面的计算、存储、通讯能力;将算力、算法、数据等一切基础资源作为服务提供。

她也是全数字化世界的“通天塔”。致力于面向多源异构数据提供分布式的数据交换与协同计算,是多源数据与异构网络基础设施的连接器,从计算的角度超越原有孤立的价值本体,通过构造以电路为基本表现形式的分布式计算网络,将各种资源与应用服务化,形成跨地域、跨服务、跨账户、跨主体的公共基础设施。

她还是“算法世界”的入口与守护者。是一个提供完备隐私保护能力的运营服务网络。我们主张个人以及任何实体的数据主权神圣不可侵犯,但我们相信完备的隐私保护是为了数据更加的开放。为此将基于密码学中的各种算法来支撑这一理念。算法即信任,认证即交易。

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这本书出版都一年多了,居然能被找出来。厉害!

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万物皆无永恒,唯有思想永存!

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这本书印象很深刻,作者有心了 :+1: :+1: :+1:

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所获颇多,唯思想永恒

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历史渊源,娓娓道来;有韵味,知其然,知其所以然。

这么好的文章,为啥没人翻译成英文等等外文

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